znaczący kamień milowy w nauce o reprodukcji został osiągnięty dzięki narodzinom myszy „Kaguya”, pierwszego żywego ssaka partenogenetycznego (Kono et al. 2004). Prace zostały przeprowadzone przez dr Tomohiro Kono i współpracowników i stanowią główne osiągnięcie techniczne obejmujące produkcję wielu setek zrekonstruowanych jaj, z których dziesięć żywych i osiemnaście martwych szczeniąt zostało pozyskanych w dniu 19,5 ciąży. Z dwóch ocalałych szczeniąt, jedno zostało zabite dla badań ekspresji genów, a drugie, Kaguya, zostało wychowane i przetrwało do reprodukcji z powodzeniem za pomocą konwencjonalnych środków. Praca ta rozszerza to, co jest osiągalne w sztucznej reprodukcji i może mieć istotne implikacje dla zrozumienia aspektów rozwoju embrionalnego i regulacji genów. Jednak wbrew poglądom niektórych komentatorów w prasie popularnej, jest mało prawdopodobne, aby miał znaczący wpływ na ludzkie sztuczne technologie reprodukcyjne.
imprinting genomowy, różnicowa ekspresja genów w zależności od ich pochodzenia rodzicielskiego, jest główną (być może jedyną) barierą dla rozwoju partenogenetycznego u ssaków, w których osobnik nie zawiera Ojcowskiego materiału genetycznego. W sensie mechanistycznym imprinting genomowy oznacza, że chromatyna niektórych loci genetycznych jest różnie modyfikowana w liniach zarodkowych rodziców, tak że allele rodzicielskie są różnie wyrażone w rozwijającym się zarodku. U myszy i ludzi opisano około pięćdziesięciu genów, które wykazują transkrypcyjne wyciszenie jednego z alleli rodzicielskich podczas rozwoju embrionalnego (Moore et al. 2001, rys. 1a). W związku z tym zarodki partenogenetyczne mają niedobór produktów genowych z nadrukiem ekspresji ojcowskiej i wykazują poważne opóźnienie wzrostu i śmierć wewnątrzmaciczną.
przez prawie dekadę Kono i inni pracowali nad poprawą stopnia, w jakim zarodki partenogenetyczne mogą rozwijać się w macicy, ujawniając w ten sposób ważne mechanistyczne szczegóły procesu imprintingu (Kono et al. 1996, 2002, Obata et al. 1998, Kato et al. 1999, Bao et al. 2000, 2003, Sotomaru et al. 2002). Zasadniczo ich prace pokazują, że nałożenie odcisków w linii rozrodczej matki następuje na stosunkowo późnym etapie oogenezy. W związku z tym, w niektórych nadrukowanych loci genetycznych, nie rosnące (ng) oocyty mogą być „neutralne pod względem odcisku” w odniesieniu do odcisków nałożonych przez matkę lub mogą zachować niektóre odciski ojcowskie, które nie są usuwane aż do późniejszej fazy oogenezy. Istnieją dowody na obie te możliwości (Kono et al. 1996, Obata et al. 1998, Kato et al. 1999, Bao et al. 2000, t Kono, niepublikowane obserwacje). Gdy ng oocyty są używane do odtworzenia diploidy niezapłodnionych jaj (Fig. 1B), rezultatem jest rozwój znacznie wykraczający poza to, co zwykle obserwuje się przy użyciu w pełni wyhodowanych (fg) oocytów. Jednakże, niezależnie od tych ulepszeń, najdalej, że takie zarodki mogą rozwijać się do dnia 13.5 ciąży (Kono et al. 1996). Molekularna analiza genetyczna tych zarodków wskazuje, że podczas gdy kilka paternally expressed imprinted geny są wyrażone z genomu ng oocyte, normalnie maternally expressed H19 gen jest biallelically expressed i paternally expressed Igf2 gen jest wyciszony zarówno na NG i FG pochodzących alleli(Obata et al. 1998).
kolejnym krokiem Kono była próba skorygowania dawki genu H19 i Igf2 w zarodkach partenogenetycznych poprzez wprowadzenie chromosomów zawierających delecje, które: (i) znoszą transkrypcję H19 (Kono et al. 2002, rys. 1C) i (ii) znieść transkrypcję H19 i odzyskać ekspresję Igf2 (Kono et al. 2004, rys. 1D). Pierwsza manipulacja przedłużyła rozwój partenogenetyczny w macicy do dnia 17,5 ciąży, a druga spowodowała narodziny Kaguyi. Biorąc pod uwagę wartość nominalną, wyniki te sugerują, że dalsza poprawa tempa pomyślnego rozwoju partenogenetycznego jest możliwa dzięki głębszej znajomości procesu imprintingu i bardziej wyrafinowanych manipulacji genotypem lub epigenotypem. Zasadniczo, rodzaj racjonalnej inżynierii rozwojowej może być osiągalne.
jednak Rudolf jaenisch, cytowany niedawno w „The Scientist”, twierdzi, że Kaguya jest po prostu wydarzeniem stochastycznym, w którym główny składnik epigenetycznej podstawy jej żywotności jest nieprzewidywalny (Holding et al. 2004). Zasadniczo obniża uzasadnienie Kono dotyczące stosowania Transgeniki H19 / Igf2 do niewielkiej roli. W domyśle twierdzi, że jeśli przeprowadzana jest duża liczba eksperymentów dotyczących rekonstrukcji zarodków, może dojść do narodzin żywotnego potomstwa w wyniku losowego pobierania próbek „przestrzeni epigenotypu”. Jego argumenty równoległe sugestię, że żywotnych klonowanych zwierząt produkowanych przez przeprogramowanie komórek somatycznych są po prostu unikalne, zdarzenia losowe (Surani 2003). Jednak w eksperymentach Kono, w przeciwieństwie do klonowania komórek somatycznych, jądro oocytu ng prawdopodobnie nie jest poddawane rozległemu przeprogramowaniu chromatyny, będąc już zaangażowanym w Los komórek macierzystych linii zarodkowej. Ponadto takie oocyty są wyjaśnione na określonym etapie rozwoju i dlatego oczekuje się, że będą stosunkowo jednorodne w odniesieniu do epigenotypu. Bardziej pouczające porównanie, w eksperymentach rekonstrukcji zarodków, może być z wykorzystaniem haploidalnych jąder plemników z jąder lub diploidalnych jąder blastomerycznych z zarodków przedimplantacyjnych, które przechodzą stosunkowo wysokie tempo rozwoju.
Co zatem leży u podstaw niskich wskaźników żywotności partenogenetycznej w eksperymentach Kono? Jedną z możliwości jest to, że początek zmienności epigenotypu ng oocytów wynika z losowego pobierania próbek różnych kombinacji nadrukowanych regionów chromosomowych matczynych i ojcowskich w mejozie. Przypomnijmy, że diploidalne jądro oocytu zawiera homologi matczyne i ojcowskie, które mogą różnić się systematycznie (a nie stochastycznie) w odciskach loci z powodu niekompletnego usunięcia resztek odcisków matczynych i ojcowskich na tym etapie rozwoju oocytu. W każdym odciśniętym locus, matczyne i ojcowskie homologi są tasowane i losowo segregowane w mejozie. Dlatego też, w eksperymentach Kono, każde powstałe haploidalne jądro ng oocytu reprezentuje jedną z kombinacji 2N odcisków matki i ojca, gdzie n jest liczbą odcisków chromosomowych, które pozostają różnie zmodyfikowane w NG oocytach. Na przykład, jeśli diploidalny Genom oocytu ng zawiera osiem nadrukowanych regionów chromosomowych, które systematycznie wykazują szczątkowe różnice między homologami matki i ojca, wynika z tego, że istnieje 28 (256) możliwych epigenotypów, z których być może tylko niewielka liczba pozwala na żywotność zarodka. Aby rozszerzyć przykład: być może tylko 1 na 256 oocytów ng, które dziedziczą pełny zestaw ośmiu wcześniej ojcowskich homologów, jest w stanie wspierać dobry rozwój zarodka z powodu zachowania niektórych ojcowskich odcisków w tych loci. Zasadność tej hipotezy może być testowana przy użyciu oocytów ng z hybrydy F1 w celu identyfikacji dystrybucji homologów grandpaternal i grandpaternal w odciśniętych loci w odtworzonych zarodkach wykazujących Wyjątkowy rozwój.
jaenisch zauważa również, że ratowanie żywotności partenogenetycznej zarodka przez wzmocnienie ekspresji Igf2 (czyli Kaguya) jest nieoczekiwane, ponieważ Igf2 jest niewskazane dla żywotności w normalnych zarodkach dwupierścieniowych. Jednak wkład Igf2 do żywotności zarodka został przetestowany tylko w bardzo ograniczonej liczbie środowisk genetycznych. Jest całkiem możliwe, że niektóre z partenogenetycznych zarodków Kono, o innym epigenotypie i wzorze ekspresji genów do dwupierścieniowych zarodków, korzystają z uzupełniania Igf2. Jednak „fascynująca zagadka” Kono dotycząca normalizacji H19 / Igf2 ” spowodowała modyfikację szerokiego zakresu genów „(Kono et al. 2004) może być czerwonym śledziem, ponieważ epigenotyp partenogenetycznego zarodka, który reaguje na normalizację H19/Igf2, może się różnić od tego, który tego nie robi. Postrzegana zmiana ekspresji genu związana z dodaniem mutacji H19Δ13 może zatem odzwierciedlać wybór wcześniej istniejącego epigenotypu, który ułatwia pośredniczenie igf2 w rozwoju partenogenetycznym, a nie jest bezpośrednim wynikiem ekspresji Igf2 per se.
- Pobierz rysunek
schemat epigenotypu w locus genu H19 / Igf2 związany z różnymi manipulacjami komórkami zarodkowymi myszy. A) normalne nawożenie. B) odtworzenie zarodka w pełni DOROSŁYM oocytem i nie rosnącym oocytem (Kono i wsp . 1996). C) odtworzenie zarodka w pełni dorosłymi oocytami i nie rosnącymi oocytami niosącymi delecję jednostki transkrypcji H19 (Kono i wsp . 2002). (D) odtworzenie zarodka z w pełni DOROSŁYM oocytem i nie rosnącym oocytem z rozległą delecją regionu genu H19, w tym regionu/elementu granicznego o różnym stopniu metylacji (Kono i wsp. 2004). Pionowe paski: czerwone paski, Jednostka transkrypcji genu Igf2; zielone paski, różnicowo metylowany region / element graniczny przed promotorem genu H19; niebieskie paski, Jednostka transkrypcji genu H19. Wartości odnoszą się do dnia ciąży (Stadium rozwojowe) osiągniętego po każdym rodzaju manipulacji.
cytat: Reproduction 128, 1; 10.1530 / rep. 1.00311
-
Bao S, Obata Y, Carroll J, Domeki I & Kono T 2000 Epigenetic modifications necessary for normal development are established during oocyte growth in mice. Biology of Reproduction 62 616–621.
- Szukaj w Google Scholar
- Export Citation
-
Bao s, Ushijima H, Hirose a, Aono F, Ono y& Kono T 2003 rozwój bydlęcych oocytów zrekonstruowanych jądrem ze stadium wzrostu oocytów po zapłodnieniu in vitro. Theriogenology 59 1231-1239.
- Szukaj w Google Scholar
- Eksportuj cytat
-
Knockout pojedynczego genu w podwójnych oocytach matczynych powoduje żywotne myszy, ale niektóre badania wątpliwe. Naukowiec 21 kwietnia http://www.biomedcentral.com/news/20040421/01/.
-
Kato Y, Rideout WM III, Hilton K, Barton SC, Tsunoda Y & Surani MA 1999 potencjał rozwojowy pierwotnych komórek zarodkowych myszy. Rozwój 126 1823-1832.
- Search Google Scholar
- Export Citation
-
Kono T, Obata Y, Yoshimzu T, Nakahara T& Carroll J 1996 zmiany epigenetyczne podczas wzrostu oocytów korelują z rozszerzonym rozwojem partenogenetycznym myszy. Nature Genetics 13 91-94.
- Search Google Scholar
- Export Citation
-
Kono T, Sotomaru Y, Katsuzawa Y & Dandolo L 2002 zarodki Partenogenetyczne myszy z monoalleliczną ekspresją H19 mogą rozwinąć się do dnia 17,5 ciąży. Biologia Rozwojowa 243 294-300.
- Search Google Scholar
- Export Citation
-
Kono T, Obata y, Wu Q, Niwa K, Ono y, Yamamoto y, Park ES, Seo js& Ogawa H 2004 narodziny myszy partenogenetycznych, które mogą rozwinąć się w dorosłość. Przyroda 428 860-864.
- Search Google Scholar
- Export Citation
-
Moore T 2001 genetic conflict, genomic imprinting and establishment of the epigenotype in relation to growth. Reprodukcja 122 185-193.
- Szukaj Google Scholar
- Eksportuj cytowanie
-
Obata y, Kaneko-Ishino T, Koide T, Takai Y, Ueda T, Domeki I, Shiroishi T, Ishino F & Kono T 1998 zaburzenie pierwotnego odcisku podczas oocytów wzrost prowadzi do zmodyfikowanej ekspresji nadrukowanych genów podczas embriogenezy. Rozwój 125 1553-1560.
- Search Google Scholar
- Export Citation
-
Sotomaru Y, Katsuzawa Y, Hatada I, Obata Y, Sasaki H & Kono T 2002 Unregulated expression of the imprinted genes H19 and Igf2r in mouse uniparental płody. Journal of Biological Chemistry 277 12474–12478.
- Search Google Scholar
- Export Citation
-
Surani A 2003 False impressions on human cloning. Reproductive BioMedicine Online 6 398–399. http://www.rbmonline.com/Article/942.
- Search Google Scholar
- Export Citation